专利名称：一种波导单端口失配器的设计方法
技术领域：
本发明涉及一种失配器的设计方法，特别是一种波导单端口失配器的设计方法。
背景技术：
微波毫米波频段波导系统以良好的稳定性和重复性特点被广泛采用，因此波导系统S参数的量值统一至关重要。目前，国内外通常采用波导两端口失配器作为波导系统反射幅度的检验标准。 波导两端口失配器由一系列一定厚度的波导片组成，其宽边尺寸与相应频段标准波导口相同，窄边比相应频段标准波导口小。将这样一个波导片接入波导测试系统中，由于其窄边尺寸较与其相连的标准口尺寸小，所以在连接处形成阶梯波导结构。当矩形波导中传输主模TE1Q模时，电场只有Ey分量，磁场只有Hx和Hy分量。入射波TE1Q模遇到阶梯波导时，由于TEw模的场分量不满足阶梯波导的边界条件，必然产生出新的场分量。电力线发生弯曲、压縮，而磁力线形状不变，于是在波导阶梯处，电场能量相对集中，等效为一个并联电容。在两端连接处形成阶梯波导结构，两端反射信号互相叠加，形成稳定的行驻波。
波导两端口失配器的反射特性取决于两端口失配器的厚度和窄边尺寸。由于厚度随频率对两端反射信号引入的叠加关系不同，导致在工作全频段上，驻波特性为随频率变化的一条曲线，波导两端口失配器的频响特性很差，这是两端口失配器的不足。
发明内容
本发明目的在于提供一种波导单端口失配器的设计方法，解决两端口失配器作为反射幅度标准频响特性较差的问题。 —种波导单端口失配器的设计方法的具体步骤是
第一步设计波导腔波导口的宽边尺寸和窄边尺寸 针对主模TEw模进行分析。为了消除模式不同引入的失配误差，波导单端口失配器宽边尺寸与标准波导口相同。 设a，b分别为标准波导口的宽边尺寸和窄边尺寸，b'为波导单端口失配器窄边尺寸。当波导单端口失配器接入标准波导系统中，端口反射系数为 r =当反射幅度确定时，波导单端口失配器的窄边尺寸为 6' = (^}》(二) 从式(二)得波导单端口失配器窄边尺寸比标准波导口窄边尺寸小，将波导单端口失配器接入波导测试系统时，连接处形成阶梯波导结构，对于理想吸收体，入射信号将分成两部分一部分在端口连接处被反射，剩余入射信号被内部吸收体吸收。波导单端口失配器端口反射特性取决波导单端口失配器窄边尺寸，与波导单端口失配器宽边尺寸、长度及
4工作频率范围无关，在全带宽内具有一致的反射特性，从而改善了频响特性。 上述设计过程是假设吸收体完全理想，具有全吸收特性的条件下进行的，但实际
上吸收体并不完全理想，实际得到的反射值将小于设计目标值，该误差可通过改变波导
单端口失配器的窄边尺寸进行修正。吸收体达到回波损耗指标小于40dB，反射系数小于
O.Ol，改变窄边尺寸量如式(三)可修正该误差项。
A,, — 0馬' = ,j|H |H、(三)
(i-|r| + o.oi)(i + |r|: 式(三)中，Ab'为窄边修正误差尺寸，I r I为反射幅度设计目标，b'为式(一)所设计的窄边尺寸。应对b'作进一步修正，设计波导单端口失配器的窄边尺寸为
b' +Ab'。
第二步设计波导单端口失配器的长度 波导负载具有吸收特性，其长度为最低频率对应波长的3 5倍，回波损耗大于40dB。波导单端口失配器的长度与相应频段波导负载长度相等。
第三步设计吸收体 波导单端口失配器的吸收体为椎形结构的羰基铁。末端为长方体，从波导口往里方向看去，长方体上、下、左、右四面与波导腔内壁四面紧密贴合，通过胶粘合方式固定。椎形吸收体共有四个面，底面是直角三角形，三个侧面相交于顶点。其中，两个侧面为直角三角形，从波导口往里方向看去两个侧面分别与波导腔内壁右面和下面紧密贴合，采用胶粘合方式固定。另一面为锐角三角形。长方体与椎形体是一体加工而成的，吸收体总长度为最低频率对应波长的3 4倍。
第四步设计法兰及后盖 波导单端口失配器为标准波导法兰，以螺钉和销钉方式与波导测试系统连接。
波导单端口失配器末端用后盖封闭，后盖呈凸字形，凸字头与波导腔波导口尺寸相同，以几何配合、胶、螺钉方式与波导腔固定一起。 上述步骤分别对波导腔波导口的宽边尺寸和窄边尺寸、波导腔长度、吸收体、法兰及后盖进行设计。首先确定待设计波导单端口失配器的电压驻波比，然后设计波导腔，再设计吸收体，将吸收体放置于波导腔内，之后设计法兰和后盖，并装配波导腔。这样就设计出不同电压驻波比的波导单端口失配器。 波导单端口失配器的反射特性仅仅取决于波导口窄边尺寸，与厚度无关，消除了频率的影响，在工作全频段具有一致的反射特性，频响曲线平坦。波导单端口失配器的频响特性较两端口失配器得到了很大的提高。
图1 一种波导单端口失配器的设计方法的波导单端口失配器二维剖面示意图
图2 —种波导单端口失配器的设计方法的波导单端口失配器三维外观示意图
图3 —种波导单端口失配器的设计方法的波导单端口失配器三维剖面示意图
图4 一种波导单端口失配器的设计方法的吸收体示意图。
1.法兰2.波导腔3.吸收体4.后盖5.连接孔
具体实施例方式
—种波导单端口失配器的设计方法的具体步骤是
第一步设计波导腔波导口的宽边尺寸和窄边尺寸 针对主模TEw模进行分析。为了消除模式不同引入的失配误差，波导单端口失配器宽边尺寸与标准波导口相同。 设a， b分别为标准波导口的宽边尺寸和窄边尺寸，b'为波导单端口失配器窄边当波导单端口失配器接入标准波导系统中，端口反射系数为6' — 6尺寸。
r =
6'+
6'+ 6
当反射幅度确定时，波导单端口失配器的窄边尺寸为i — |r|
i + |r| 从式(二)得波导单端口失配器窄边尺寸比标准波导口窄边尺寸小，将波导单端
口失配器接入波导测试系统时，连接处形成阶梯波导结构，对于理想吸收体3，入射信号将
分成两部分一部分在端口连接处被反射，剩余入射信号被内部吸收体3吸收。波导单端口
失配器端口反射特性取决波导单端口失配器窄边尺寸，与波导单端口失配器宽边尺寸、长
度及工作频率范围无关，在全带宽内具有一致的反射特性，从而改善了频响特性。
上述设计过程是假设吸收体3完全理想，具有全吸收特性的条件下进行的，但实
际上吸收体3并不完全理想，实际得到的反射值将小于设计目标值，该误差可通过改变波
导单端口失配器的窄边尺寸进行修正。吸收体3达到回波损耗指标小于40dB，反射系数小
于0.01，改变窄边尺寸量如式(三)可修正该误差项。
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第三步设计吸收体 波导单端口失配器的吸收体3为椎形结构的羰基铁。末端为长方体，从波导口往里方向看去，长方体上、下、左、右四面与波导腔2内壁四面紧密贴合，通过胶粘合方式固定。椎形吸收体3共有四个面，底面是直角三角形，三个侧面相交于顶点。其中，两个侧面为直角三角形，从波导口往里方向看去两个侧面分别与波导腔2内壁右面和下面紧密贴合，采用胶粘合方式固定。另一面为锐角三角形。长方体与椎形体是一体加工而成的，吸收体3总长度为最低频率对应波长的3 4倍。
第四步设计法兰及后盖 波导单端口失配器为标准波导法兰1，以螺钉和销钉方式与波导测试系统连接。
波导单端口失配器末端用后盖4封闭，后盖4呈凸字形，凸字头与波导腔2波导口
6尺寸相同，以几何配合、胶、螺钉方式与波导腔2固定一起。 上述步骤分别对波导腔2波导口的宽边尺寸和窄边尺寸、波导腔2长度、吸收体3、 法兰l及后盖4进行设计。首先确定待设计波导单端口失配器的电压驻波比，然后设计波 导腔2，再设计吸收体3，将吸收体3放置于波导腔2内，之后设计法兰1和后盖4，并装配波 导腔2。这样就设计出不同电压驻波比的波导单端口失配器。
权利要求
一种波导单端口失配器的设计方法，其特征在于该方法的具体步骤为第一步设计波导腔波导口的宽边尺寸和窄边尺寸针对主模TE10模进行分析；为了消除模式不同引入的失配误差，波导单端口失配器宽边尺寸与标准波导口相同；设a，b分别为标准波导口的宽边尺寸和窄边尺寸，b’为波导单端口失配器窄边尺寸；当波导单端口失配器接入标准波导系统中，端口反射系数为 <mrow><mo>|</mo><mi>Γ</mi><mo>|</mo><mo>=</mo><mo>|</mo><mfrac> <mrow><msup> <mi>b</mi> <mo>′</mo></msup><mo>-</mo><mi>b</mi> </mrow> <mrow><msup> <mi>b</mi> <mo>′</mo></msup><mo>+</mo><mi>b</mi> </mrow></mfrac><mo>|</mo><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mi>b</mi><mo>-</mo><msup> <mi>b</mi> <mo>′</mo></msup> </mrow> <mrow><msup> <mi>b</mi> <mo>′</mo></msup><mo>+</mo><mi>b</mi> </mrow></mfrac> </mrow>(一)当反射幅度确定时，波导单端口失配器的窄边尺寸为 <mrow><msup> <mi>b</mi> <mo>′</mo></msup><mo>=</mo><mrow> <mo>(</mo> <mfrac><mrow> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mo>|</mo> <mi>Γ</mi> <mo>|</mo></mrow><mrow> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <mo>|</mo> <mi>Γ</mi> <mo>|</mo></mrow> </mfrac> <mo>)</mo></mrow><mi>b</mi> </mrow>(二)从式(二)得波导单端口失配器窄边尺寸比标准波导口窄边尺寸小，将波导单端口失配器接入波导测试系统时，连接处形成阶梯波导结构，对于理想吸收体(3)，入射信号将分成两部分一部分在端口连接处被反射，剩余入射信号被内部吸收体(3)吸收；波导单端口失配器端口反射特性取决波导单端口失配器窄边尺寸，与波导单端口失配器宽边尺寸、长度及工作频率范围无关，在全带宽内具有一致的反射特性，从而改善了频响特性；上述设计过程是假设吸收体(3)完全理想，具有全吸收特性的条件下进行的，但实际上吸收体(3)并不完全理想，实际得到的反射值将小于设计目标值，该误差可通过改变波导单端口失配器的窄边尺寸进行修正；吸收体(3)达到回波损耗指标小于40dB，反射系数小于0.01，改变窄边尺寸量如式(三)可修正该误差项； <mrow><msup> <mi>Δb</mi> <mo>′</mo></msup><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mo>-</mo><mn>0.02</mn><msup> <mi>b</mi> <mo>′</mo></msup> </mrow> <mrow><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mo>|</mo> <mi>Γ</mi> <mo>|</mo> <mo>+</mo> <mn>0.01</mn> <mo>)</mo></mrow><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <mo>|</mo> <mi>Γ</mi> <mo>|</mo> <mo>)</mo></mrow> </mrow></mfrac> </mrow>(三)式(三)中，Δb′为窄边修正误差尺寸，|Г|为反射幅度设计目标，b′为式(一)所设计的窄边尺寸；应对b′作进一步修正，设计波导单端口失配器的窄边尺寸为b′+Δb′；第二步设计波导单端口失配器的长度波导负载具有吸收特性，其长度为最低频率对应波长的3～5倍，回波损耗大于40dB；波导单端口失配器的长度与相应频段波导负载长度相等；第三步设计吸收体波导单端口失配器的吸收体(3)为椎形结构的羰基铁；末端为长方体，从波导口往里方向看去，长方体上、下、左、右四面与波导腔(2)内壁四面紧密贴合，通过胶粘合方式固定；椎形吸收体(3)共有四个面，底面是直角三角形，三个侧面相交于顶点；其中，两个侧面为直角三角形，从波导口往里方向看去两个侧面分别与波导腔(2)内壁右面和下面紧密贴合，采用胶粘合方式固定；另一面为锐角三角形；长方体与椎形体是一体加工而成的，吸收体(3)总长度为最低频率对应波长的3～4倍；第四步设计法兰及后盖波导单端口失配器为标准波导法兰(1)，以螺钉和销钉方式与波导测试系统连接；波导单端口失配器末端用后盖(4)封闭，后盖(4)呈凸字形，凸字头与波导腔(2)波导口尺寸相同，以几何配合、胶、螺钉方式与波导腔(2)固定一起；上述步骤分别对波导腔(2)波导口的宽边尺寸和窄边尺寸、波导腔(2)长度、吸收体(3)、法兰(1)及后盖(4)进行设计；首先确定待设计波导单端口失配器的电压驻波比，然后设计波导腔(2)，再设计吸收体(3)，将吸收体(3)放置于波导腔(2)内，之后设计法兰(1)和后盖(4)，并装配波导腔(2)；这样就设计出不同电压驻波比的波导单端口失配器。
全文摘要
本发明公开了一种波导单端口失配器的设计方法，通过设计波导腔(2)波导口的宽边尺寸和窄边尺寸、设计波导单端口失配器的长度、设计吸收体(3)、设计法兰(1)及后盖(4)实现本发明。波导单端口失配器的反射特性仅仅取决于波导口窄边尺寸，与厚度无关，消除了频率的影响，在工作全频段具有一致的反射特性，频响曲线平坦。波导单端口失配器的频响特性较两端口失配器得到了很大的提高。
文档编号H01P11/00GK101707276SQ200910250749
公开日2010年5月12日 申请日期2009年12月10日 优先权日2009年12月10日
发明者宗惠庆, 张国华, 张娜, 成俊杰, 琚小琳, 陈婷, 高春彦 申请人:中国航天科工集团第二研究院二○三所